• Ocean and Polar Research
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• 제38권1호
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• pp.1-19
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• 2016

Recently, there has been a growing interest in physical-biological ocean-modeling systems by communities in the fields of science and business. In this paper, we present preliminary results from a coupled physical-biological model for the Northwestern Pacific marginal seas. The ocean circulation component is an implementation of the Regional Ocean Modeling System (ROMS), and the lower trophic level ecosystem component is a Nutrient-Phytoplankton-Zooplankton-Detritus (NPZD) model. The ROMS-NPZD coupled system, with a 25 km resolution, is forced by climatological atmospheric data and predicts the physical variables and concentrations of nitrate, phytoplankton, zooplankton, and detritus. Model results are compared with remote-sensed sea surface temperature and chlorophyll, and with climatological sea surface salinity and nitrate. Our model adequately reproduces the observed spatial distribution and seasonal variability of nitrate and chlorophyll concentrations as well as physical variables, showing a high correlation in the East Sea (ES) and Kuroshio/Oyashio Extension (KOE) region but relatively low correlation in the Yellow Sea (YS) and East China Sea (ECS). Although some deficiencies were found in the biological components, such as the over/underestimation of the intensity of phytoplankton blooms in the ES and KOE/the YS and ECS, our system demonstrates the capability of the model to capture and record dominant seasonal variability in physical-biological processes and this holds out the promise of coming to a better understanding of such processes and making better predictions .

• Journal of the korean society of oceanography
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• 제39권1호
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• pp.72-95
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• 2004

The Yellow Sea is characterized by relatively shallow water depth, varying range of tidal action and very complex coastal geometry such as islands, bays, peninsulas, tidal flats, shoals etc. The dynamic system is controlled by tides, regional winds, river discharge, and interaction with the Kuroshio. The circulation, water mass properties and their variability in the Yellow Sea are very complicated and still far from clear understanding. In this study, an effort to improve our understanding the dynamic feature of the Yellow Sea system was conducted using numerical simulation with the ROMS model, applying climatologic forcing such as winds, heat flux and fresh water precipitation. The inter-annual variability of general circulation and thermohaline structure throughout the year has been obtained, which has been compared with observational data sets. The simulated horizontal distribution and vertical cross-sectional structures of temperature and salinity show a good agreement with the observational data indicating significantly the water masses such as Yellow Sea Warm Water, Yellow Sea Bottom Cold Water, Changjiang River Diluted Water and other sporadically observed coastal waters around the Yellow Sea. The tidal effects on circulation and dynamic features such as coastal tidal fronts and coastal mixing are predominant in the Yellow Sea. Hence the tidal effects on those dynamic features are dealt in the accompanying paper (Kim et at., 2004). The ROMS model adopts curvilinear grid with horizontal resolution of 35 km and 20 vertical grid spacing confirming to relatively realistic bottom topography. The model was initialized with the LEVITUS climatologic data and forced by the monthly mean air-sea fluxes of momentum, heat and fresh water derived from COADS. On the open boundaries, climatological temperature and salinity are nudged every 20 days for data assimilation to stabilize the modeling implementation. This study demonstrates a Yellow Sea version of Atlantic Basin experiment conducted by Haidvogel et al. (2000) experiment that the ROMS simulates the dynamic variability of temperature, salinity, and velocity fields in the ocean. However the present study has been improved to deal with the large river system, open boundary nudging process and further with combination of the tidal forcing that is a significant feature in the Yellow Sea.

• 한국해양학회지:바다
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• 제27권3호
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• pp.127-143
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• 2022

최근 클라우드 컴퓨팅 환경에서 해양수치모델 실험을 수행하는 많은 연구가 활발하게 진행되고 있다. 클라우드 컴퓨팅 환경은 대규모 자원이 필요한 해양수치모델을 구현하는데 매우 효과적인 수단이 될 수 있다. 정보처리 기술의 발달로 클라우드 컴퓨팅 시스템은 가상화와 원격 고속 네트워크, 직접 메모리 액세스와 같은 수치모델의 병렬처리에 필요한 다양한 기술과 환경을 제공한다. 이러한 새로운 기능은 클라우드 컴퓨팅 시스템에서 해양수치모델링 실험을 용이하게 한다. 많은 과학자들과 엔지니어들은 해양수치모델 실험에 있어서 가까운 미래에 클라우드 컴퓨팅이 주류가 될 것으로 기대하고 있다. 해양수치모델링을 위한 클라우드 컴퓨팅의 처리성능 분석은 수치모델의 수행 시간과 리소스 활용량을 최소화하는 데 도움이 될 수 있으므로 최적의 시스템을 적용하는 데 필수적이다. 특히 모델 격자 내 다양한 변수들이 다차원 배열 구조로 되어 있기 때문에 대량의 입출력을 처리하는 해양수치모델의 구조는 캐시메모리의 효과가 크며, 대량의 자료가 이동하는 통신 특성으로 인해서 네트워크의 속도가 중요하다. 최근에 주요한 컴퓨팅환경으로 자리잡고 있는 클라우드 환경이 이러한 해양수치모델을 수행하기에 적합한지 실험을 통해서 검토할 필요가 있다. 본 연구에서는 상용 클라우드 시스템에서 해양수치모델로 대표적인 Regional Ocean Modeling System (ROMS)와 더불어 다른 해양모델의 클라우드 환경으로 전환에도 도움이 될 수 있게 병렬처리 시스템의 성능을 측정할 수 있는 표준 벤치마킹 소프트웨어 패키지인 High Performance Linpack을 활용하여 초당 부동소수점 연산횟수 처리능력과 및 STREAM 벤치마크를 활용하여 다중 노드들로 구성된 수치모델용 클러스터의 메모리처리성능을 평가하고 비교하였다. 이러한 평가내용은 클라우드 환경에서 해양수치모델을 어떻게 수행할 것인가에 대해 중요한 정보를 제공할 수 있다. 가상화 기반 상용 클라우드에서 얻은 실제 성능 자료와 구성 설정 분석을 통해 가상화 기반 클라우드 시스템에서 해양수치모델의 다양한 격자 크기에 대한 컴퓨터 리소스의 효율성을 평가했다. 본 연구를 통해서 캐시 계층과 용량이 큰 메모리를 사용하는 HPC 클러스터가 ROMS의 성능에 매우 중요하다는 것을 발견했다. 수치모델링의 실행 시간을 줄이기 위해 코어 수를 늘리는 것은 작은 격자 보다 큰 격자 모델에서 더 효과적이다. 이러한 처리 성능 분석 결과는 클라우드 컴퓨팅 시스템에서 해양수치모델을 효율적으로 구축하는 데 중요한 자료로 이용될 것이다.

• Ocean and Polar Research
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• 제36권1호
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• pp.1-12
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• 2014

This study investigates spatial and temporal variations in the generation and propagation of internal tides around the Korea Strait using a three-dimensional high resolution model (Regional Ocean Modeling System; ROMS). The model results were verified through comparison with in-situ current measurements from an array of 12 acoustic Doppler current profilers (ADCPs) deployed in the Korea Strait. Fluxes and distributions of internal tidal energy were calculated using simulation results gathered in February and August. Our analyses reveal that energetic semidiurnal internal tides are generated in a region around the Korea Strait shelf break ($35.5^{\circ}N$, $130^{\circ}{\sim}130.5^{\circ}E$), where the strong cross-slope semidiurnal barotropic tidal currents interact with a sudden topographical change. The semidiurnal internal tidal energy generated in summer displays values about twice as large as values in winter. Propagation of semidiurnal internal tides also reveals seasonal variability. In February, most of the semidiurnal internal tides propagate only into the open basin of the East Sea due to weak stratification in the Korea Strait, which inhibits their southwestward propagation. In August, they propagate southwestward to $35.2^{\circ}N$ along the western channel of the Korea Strait because of strong stratification. In addition, semidiurnal internal tides generated in a region west of Tsushima Island are found to propagate to the coast of Busan. This can be explained by the intensified stratification due to the strong intrusion of bottom cold water in the western channel of the Korea Strait during summer.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.587-601
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• 2020

지역해양수치모델(ROMS)을 이용하여 동해 및 울릉도-독도 해역의 해양순환을 모의하였다. 동해 3 km 격자 수치모델과 HYCOM 9 km 격자 자료를 사용하여 울릉도 1 km 격자 수치모델, 울릉도-독도 300 m 격자 수치모델들을 서로 단방향 둥지격자화 기법으로 구축하였다. 그 과정에서 상위모델과는 다른 수심 자료 및 내·외삽 방법에 의해 나타날 수 있는 개방 경계자료의 왜곡에 대한 보정방법을 제시하였다. 구축한 시스템을 이용하여, 2018년 울릉도-독도 지역에서 수평해상도가 300 m인 초고해상도 해양순환 모의 결과를 산출하였다. 초고해상도 수치모델은 같은 조건임에도 불구하고 초기장 및 개방 경계자료에 따라 서로 다른 특징이 나타났다. 따라서 수치모델 결과를 인공위성 고도계 자료로 추정한 유속 자료 및 국립수산과학원의 수온 관측자료를 사용하여 비교 검증하였다. 검증결과 HYCOM 자료를 경계장으로 사용한 둥지격자기법 결과는 1 km 격자모델 보다 300 m 격자모델 결과에서 RMSE, Mean Bias, Pattern Correlation, Vector Correlation이 전반적으로 향상되었다. 그러나 동해 3 km 수치모델을 사용한 결과에서는 1 km 모델의 결과가 300 m 결과보다 우수하게 나타났다. 수온 수직단면도에서는 수평해상도가 고해상도일수록, 등온선의 골과 마루의 수직구조가 뚜렷해지는 경향이 나타났다. 또한 울릉도-독도 300 m 모델은 상위모델에서 재현되지 않았던 섬의 지형 효과에 따른 카르만 와열이 나타났다.

• 한국지구과학회지
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• 제40권6호
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• pp.584-598
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• 2019

본 연구에서는 지역 기상-해양 접합모델을 이용하여 2018년 8월 28일부터 30일까지 한반도 서울-경기지역에 내린 강수에 대해 대기-해양 상호작용의 효과를 분석하였다. 지역 기상-해양 접합모델에서 기상모델은 WRF (Weather Research Forecasts)가 사용되었으며, 해양모델은 ROMS (Regional Oceanic Modeling System)가 사용되었다. 단일 기상 모델은 WRF모델만 이용되었으며, ECMWF Re-Analysis Interim 의 해수면온도자료가 바닥경계자료로 사용되었다. 관측자료와 비교하여, 대기-해양 상호작용의 효과가 고려된 접합모델은 서울-경기지역의 강수 및 황해 해수면온도에 대해 공간상관계수가 각각 0.6과 0.84로 이는 지역 기상모델보다 높게 나타났다. 또한, 평균편향오차(MBE, Mean Bias Error)은 각각 -2.32와 -0.62로 지역 기상모델 보다 낮은 오차율을 보였다. 상당온위와 해수면온도 및 역학적 수렴장으로 분석한 대기-해양 상호작용의 효과는 황해 해수면온도의 변화를 유도하였고, 그 변화는 하층대기에서 열적 불안정과 운동학적 수렴대의 차이를 발생시켰다. 열적 불안정과 수렴대는 결과적으로 서울-경기 지역에서 상승운동을 유도하였고, 결과적으로 기상-해양 접합모델에서 모의된 강수가 관측과 더 유사한 공간분포를 나타냈다. 그러나 복잡한 관계에 있는 대기-해양 상호작용의 효과를 더 명확히 파악하기 위해서는 다양한 사례연구와 장기적인 분석이 필요하지만, 본 연구는 기상-해양 상호작용이 강수 예보에 중요성에 대한 또 다른 증거를 제시한다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제18권3호
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• pp.111-121
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• 2013

지역규모의 정확한 일기예보와 해양생태계 변화 이해에 있어서 수온 예측은 매우 중요하다. 황해는 조류가 매우 빠르고 탁도가 높다. 이러한 해역에서는 수치 모델의 수직 혼합 기법 및 해수의 탁도에 따른 수형(water type)이 수온 구조 결정에 많은 영향을 미친다. 수직 혼합 기법 변화와 탁도의 변화에 따른 황해 수온 모사의 민감도를 알아보기 위해 3차원 해양 순환 모델인 Regional Ocean Modeling System (ROMS)을 사용하여 수치 실험을 수행하였다. 수직 혼합 기법은 해양 순환 모델에서 많이 사용되는 Mellor-Yamada level 2.5 closure(M-Y)와 K-Profile parameterization (KPP)을 사용하고, 탁도는 Jerlov의 분류에 따른 수형 1, 3, 5를 사용하여 수치 실험을 수행하고 그 결과를 국립수산과학원에서 제공하는 정선 해양 관측 자료와 비교, 분석하였다. M-Y 기법은 수직적 혼합을 상대적으로 강하게 모의하였으며 그 결과로 저층수온이 높게 형성되었다. 높은 저층 수온은 탁도를 높게 설정하면 완화되지만 표층 수온이 높아지는 단점이 있다. KPP 기법은 M-Y 기법보다는 수직 혼합을 약하게 모의하고 이 약한 수직 혼합 때문에 황해 연안을 따라 형성되는 조석전선을 잘 재현하지 못하였으나, 저층 수온은 관측 수온에 더 가깝게 재현하였다. 결과적으로 황해 3차원 해양순환 모델실험에서 M-Y 기법은 수직 혼합이 잘 되어 표층과 저층의 수온 차이가 작게 나타나고, KPP 기법은 이와 반대로 모의하였다. 탁도의 영향을 표현하는 Jerlov 수형은 높을수록 일사량이 낮은 수심까지만 투과되어 성층을 잘 표현하였고, 낮을수록 깊은 수심까지 일사량이 투과되어 표층과 저층의 수온차를 작게 모의하였다.